小麦氧化淀粉的理化性质及对生鲜面条品质的影响

摘要：分析氧化淀粉与原淀粉理化特性的差异以及对面条水分分布和动态热力学性质的影响。通过添加H2O2并在50 ℃条件下水浴振荡4 h制备氧化淀粉。结果表明：淀粉被氧化后颗粒表面及内部均有不同程度的损伤，并且在水溶液中容易发生黏连；氧化后淀粉晶型不变，结合脂质的能力增加，直链淀粉含量出现小幅降低，膨胀势与持水力显著降低（P＜0.05），溶解度极显著增加（P＜0.01）。将原淀粉、氧化淀粉分别与原面粉按照1∶4的比例混合，二者的湿面筋含量、面筋指数、干面筋含量无显著差异，添加氧化淀粉的样品峰值黏度、最低黏度和最终黏度极显著降低（P＜0.01）。添加氧化淀粉的鲜湿面条中深层结合水比例减少，弱结合水比例增多，升温过程中，添加氧化淀粉面条的储能模量及损耗模量均小于原淀粉面条。

关键词：氧化淀粉；理化特性；面条；水分分布；动态热力学性质

淀粉又称芡粉，通式为（C6H10O5）n，广泛存在于植物的根茎和种子中，为植物生长提供能量。由于具有来源广、价格低、易降解等优点，淀粉被广泛用于食品、轻工业、医药等领域[1]。在食品方面，随着时代的进步，传统的天然淀粉已经难以满足现代多样化的需求，淀粉的羟基结构不稳定，易于对其进行氧化、酯化等改性处理[2]，变性淀粉弥补了天然淀粉在食品生产、口感、贮存等方面的缺陷，深受人们的青睐，淀粉的改性也成为近年发展的重点[3]。氧化淀粉的糊化温度较低、透明度较高、冻融稳定性好[4-5]、黏度较低、固体分散性较好、制作工艺简单且成本低廉，是常用的变性淀粉之一。部分氧化淀粉还具有良好的成膜性，被广泛应用在造纸、纺织、医药等领域[6-7]。曹余等[8]制备的羟丙基交联木薯氧化淀粉可用于植物胶囊的制备生产。李平等[9]制备的马铃薯氧化淀粉在电子显微镜下均匀分布且颗粒偏小，氧化淀粉膜均匀致密。

目前制备氧化淀粉使用的氧化剂主要有次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾等，其中双氧水可以氧化淀粉分子中的羟基并生成水，无污染并且价格低廉，是一种节约环保型的氧化剂[10]。唐洪波等[11]研究了双氧水氧化糯玉米淀粉的工艺。丁龙龙[12]、王丽萍[13]、Zhang Yurong[14]等以双氧水为氧化剂，通过改变工艺条件制备出了高羧基含量的氧化淀粉。刘延奇等[15]研究了氧化淀粉对面条拉伸特性、蒸煮特性等性质的影响。王凤成[16]、刘海燕[17]、Giannou[18]等研究了面团和面包的动态热力学性质。刘锐[19]、冯蕾[20]等研究了面条中的水分分布。然而，关于氧化淀粉对面条水分分布及动态力学性质分析的文献资源匮乏。

本研究以金苑特一粉为原料，人工分离出原淀粉，以双氧水为氧化剂，为排除其他因素影响，氧化过程中不使用任何催化剂，并在温和条件下对淀粉进行改性处理，实验中原淀粉与氧化淀粉采用相同的处理方式，结合实验结果分析了原淀粉与氧化淀粉理化性质的差异、氧化淀粉对面粉峰值黏度、最低黏度、最终黏度的影响，以及二者对生鲜面条水分分布和面条动态热力学性质作用的差异，进而为小麦氧化淀粉对面条品质的研究提供理论依据。

1 材料与方法

金苑特一粉金苑面业有限公司；直链淀粉、支链淀粉标准品北京索莱宝科技有限公司。

WZZ 1S自动旋光仪上海易测仪器设备有限公司；PHS 3C精密酸度计上海大普仪器有限公司；UV 7504单光束紫外-可见分光光度计上海欣茂仪器有限公司；9300H激光粒度分布仪、1600图像颗粒分析系统丹东市百特仪器有限公司；RVA4快速黏度测定仪澳大利亚Newport科学仪器公司；120核磁共振仪上海纽迈电子科技有限公司；DMA Q800动态力学分析仪美国TA仪器；X’Pert PRO X射线衍射仪荷兰PANalytical公司。

面团揉洗参照陆启玉等[21]的方法。将含有洗出液的烧杯静置6 h后倒掉上层上清液，在50 ℃条件下水浴振荡4 h，4 000 r/min条件下离心15 min，在50 ℃烘箱中干燥，粉碎，过CB 42标准筛得小麦原淀粉。

小麦氧化淀粉的制备：参照丁龙龙等[12]的方法。按照1.3.1节小麦原淀粉制备方法，倒掉上清液后，加入40 mL质量分数为3%的H2O2试剂，在50 ℃条件下水浴振荡4 h，4 000 r/min条件下离心15 min，剩余物质在50 ℃烘箱中干燥，粉碎，过CB 42标准筛得小麦氧化淀粉。

调湿：参照陆启玉[22]的方法。面粉和制备的淀粉在相同条件下调湿，调湿后水分均为13%左右。

粗淀粉含量的测定：参照1%盐酸旋光法[23]。每组样品重复2 次实验，取3 组实验结果平均值；羧基含量的测定：参照文献[12,24]中方法。实验中测得小麦氧化淀粉中羧基的含量为0.081%。每组样品重复2 次实验，取3 组实验结果平均值；水分含量的测定：按GB 5009.3—2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》中方法执行。每组样品重复2 次取平均值；淀粉粒径的测定：以蒸馏水为溶剂，用激光粒度仪测定淀粉的粒径；淀粉的X射线衍射仪器参数：铜靶Cu Kα；功率2.2 kW；电压40 kV；电流40 mA；扫描范围5°～35°；仪器角度分辨率±0.000 1；直链淀粉含量的测定：参照双波长比色法测定淀粉中直链淀粉含量[25]。每组样品重复2 次实验，取3 组实验结果平均值；淀粉颗粒形态的测定：采用百特颗粒分析仪在油镜下观察颗粒形态，目镜与油镜的放大倍数分别为10 倍和100 倍；淀粉膨胀特性的测定：参照文献方法测定淀粉的膨胀势[26]、溶解度[27]和持水力[28]，见公式（1）～（3）。每组样品重复2 次实验，取3 组实验结果平均值。

式中：m0为样品质量/g；m1为淀粉膨胀后质量/g；m2为干燥后上清液质量/g；m3为淀粉膨胀后干基质量/g。

面粉湿面筋含量和干面筋含量分别按GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉面筋含量第2部分：仪器法测定湿面筋》和GB/T 5506.4—2008《小麦和小麦粉面筋含量第4部分：快速干燥法测定干面筋》中方法进行。

面粉面筋指数按SB/T 10248—1995《小麦粉湿面筋质量测定法——面筋指数法》（LS/T 6102—1995）中方法进行。

按GB/T 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速粘度仪法》中方法进行。

生鲜面条的制备：取调湿后的面粉80 g与20 g小麦原淀粉或小麦氧化淀粉混合均匀，针式和面2 min，用湿纱布保湿醒发15 min，在2 mm处复合压片6 次，依次在1.75、1.50、1.25、1.00 mm处压延，并切成2 mm宽的面条，用保鲜膜包裹以备后期测定。

测定面条水分分布的仪器参数：TD（采样点数）= 20 392；SW（采样频率）=100 kHz；TW（采样间隔时间）=100 ms；NS（重复扫描次数）=4；DL1（半回波时间）=0.200 ms。每组样品重复2 次实验，取3 组实验结果平均值。

测定面条动态热力学性质的仪器参数：频率1 Hz；振幅20 μm；温度变化范围30～95 ℃；升温速率3 ℃/min。1.4 数据处理

利用Excel 2010、MDI Jade 6.0、Origin 9.0、TA Universal Analysis 2000软件对实验数据进行统计分析。

2 结果与分析

原淀粉和氧化淀粉在油镜下的颗粒形态见图1，粒径分布见表1。

图1 原淀粉（A）和氧化淀粉（B）在油镜下的颗粒形态
Fig. 1 Morphology of native starch (A) and oxidized starch (B) granules examined by microscope

表1 淀粉的粒径分布
Table 1 Particle size distribution of starch granules μm

注：D0、D25、D50、D75、D100分别表示在粒径累积分布曲线上0%、25%、50%、75%、100%颗粒直径小于此值。

对比图1可以看出，氧化淀粉的颗粒表面及边缘已经被破坏，并且相互黏连，导致测得的粒径大于原淀粉，与表1中数据相符。

图2 淀粉X射线衍射图
Fig. 2 X-ray wide-angle scattering curves of starch

图3 淀粉X射线衍射各峰的相对强度
Fig. 3 Relative intensity of X-ray diffraction peaks of starch

淀粉X射线衍射图谱和各个衍射峰的相对强度分别见图2、3。原淀粉和氧化淀粉在15°、17°、18°、23°附近均出现强衍射峰，并且17°与18°处的峰明显相连，说明原淀粉和氧化淀粉的晶型均属于A型。淀粉20°处衍射峰为直链淀粉与脂类物质结合物的特征吸收峰，氧化淀粉中含有羧基，更容易结合样品中脂类物质，因此氧化淀粉在20°处衍射峰的相对强度高于原淀粉[29]。

表2 淀粉的直链淀粉含量
Table 2 Amylose content of starch

注：S1/S2=直链淀粉含量/支链淀粉含量；*.与原淀粉相比差异显著（0.01＜P＜0.05）；**.与原淀粉相比差异极显著（P＜0.01）。下同。

原淀粉和氧化淀粉的直链淀粉含量见表2。根据文献[30]可知，淀粉氧化时直链淀粉比支链淀粉更容易降解。对测得数据进行独立样本t检验得知，原淀粉与氧化淀粉的淀粉含量和直链淀粉含量均存在极显著差异（P＜0.01），两者的含量比存在显著差异（P＜0.05），说明经氧化后淀粉中直链淀粉含量出现小幅下降，与文献[30]内容相符。

淀粉的膨胀特性见表3。对测得数据进行独立样本t检验得知，原淀粉与氧化淀粉的膨胀势和持水力有显著性差异（P＜0.05），溶解度有极显著差异（P＜0.01）。淀粉在H2O2作用下，颗粒表面及内部受到破坏，氧化淀粉中羧基具有良好的亲水性，参与水合作用的淀粉增多，淀粉在水中的分散程度增加，水溶性增强，因此氧化淀粉的膨胀势和持水力小于原淀粉，溶解度大于原淀粉。

表3 淀粉的膨胀特性
Table 3 Swelling characteristics of starch

2.2 小麦氧化淀粉对面粉湿面筋含量、面筋指数、干面筋含量的影响

表4 面粉的湿面筋含量、面筋指数和干面筋含量
Table 4 Wet gluten content, gluten index and dry gluten content of fl our

面粉湿面筋含量、面筋指数和干面筋含量的影响见表4。对面粉湿面筋含量、面筋指数、干面筋含量进行独立样本t检验，结果无显著性差异。因此，氧化淀粉在常温条件下经过2% NaCl溶液的洗涤对面粉中面筋的品质无显著影响。

2.3 小麦氧化淀粉对面粉峰值黏度、最低黏度和最终黏度的影响

表5 面粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度
Table 5 Peak viscosity, minimum viscosity and fi nal viscosity of fl our cP

面粉峰值黏度、最低黏度和最终黏度见表5。淀粉在氧化过程中颗粒表面及内部收到损坏，分子之间的氢键作用力减弱，淀粉链之间的网络结构被破坏，在加热及剪切作用下淀粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度降低，从而导致面粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度降低。因此，氧化淀粉峰值黏度、最低黏度和最终黏度均极显著低于原淀粉（P＜0.01）。

2.4 小麦氧化淀粉对生鲜面条水分分布和动态热力学性质的影响

低场核磁共振是目前表征聚合物体系中水分状态、分布和运动的经典方法之一[19]。数据中的横向弛豫时间一定程度上反映了样品中水分自由度的大小及其与非水组分结合的紧密程度[31]。低场核磁共振技术对分析面条中水分分布和产品的无损检测具有重大意义。

表7 面条的弛豫时间及峰面积比例
Table 6 Relaxation time and peak area ratio of strongly and weakly bound water in noodles

面条的弛豫时间及峰面积比例见表6。对测得数据进行独立样本t检验得知，原淀粉与氧化淀粉面条深层结合水及弱结合水的弛豫时间均无显著性差异，深层结合水峰面积比例有极显著差异（P＜0.01），弱结合水峰比例有显著性差异（P＜0.05）。说明淀粉在氧化过程中颗粒表面及内部被破坏，而由于羧基的引入，淀粉的亲水力增强，因此添加氧化淀粉面条的深层结合水比例减少，弱结合水比例增加。

2.4.2 小麦氧化淀粉对生鲜面条动态热力学性质的影响面条的储能（弹性）模量反映面条的抗形变能力，储能模量越高，表示面条的抗形变能力越强。损耗（黏性）模量反映面条的柔度，损耗模量越高，表示面条维持形状的稳定性越好。

图4 面条的储能模量（A）和损耗模量（B）
Fig. 4 Loss modulus curve (A) and storage modulus curves (B) of noodles

原淀粉与氧化淀粉面条在升温过程中的储能（弹性）模量和损耗（黏性）模量见图4。在加热过程中，面条中的水分逐渐散失，硬度增加，因此面条的储能（弹性）模量大体上呈上升趋势，与图4A中趋势相符。淀粉中引入羧基后，淀粉亲水力增大，阻碍了分子间氢键的缔合，淀粉中可以结合更多的水分，淀粉分子间氢键被减弱，相互作用力减小，使淀粉与淀粉或蛋白质之间的作用力减弱，因此加热过程中添加氧化淀粉面条的储能（弹性）模量和损耗（黏性）模量均小于原淀粉的面条。

3 结论

温和条件下用H2O2对原淀粉进行氧化处理，通过对比分析氧化淀粉与原淀粉的理化特性发现：氧化淀粉的晶型仍然是A型，淀粉颗粒表面及内部受到破坏，直链淀粉含量小幅下降。氧化淀粉在水溶液中容易相互黏连，经过加热膨胀，氧化淀粉的溶解度极显著大于原淀粉（P＜0.01），膨胀势和持水力显著小于原淀粉（P＜0.05）。在面团的洗涤过程中，淀粉氧化前后对面粉的湿面筋含量、面筋指数、干面筋含量无显著性影响，添加氧化淀粉的面粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度均极显著低于原淀粉（P＜0.01）。通过分析面条的水分分布与动态热力学性质发现，添加氧化淀粉的生鲜湿面条中深层结合水比例减少，弱结合水比例增加，在升温过程中添加氧化淀粉的面条的储能（弹性）模量和损耗（黏性）模量均小于原淀粉面条。

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Physicochemical Properties of Oxidized Wheat Starch and Its Effect on the Quality of Fresh Noodles

ZHANG Ke, LU Qiyu*
(College of Cereal and Oil Food, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

Abstract：The differences in physicochemical properties between oxidized and native wheat starch were analyzed as well as the effect of addition of oxidized wheat starch on the quality of fresh noodles. The oxidized starch was prepared with H2O2by 4 h reaction at 50 ℃. The results indicated that the surface and internal structure of oxidized starch was damaged. Oxidized starch granules were adhered to each other in aqueous suspension. Compared with native starch, the crystal type of oxidized starch was unchanged, the lipid-binding ability was increased, the content of amylose decreased slightly, the swelling power and water-holding capacity significantly decreased (P ＜ 0.05), and the solubility significantly increased (P ＜ 0.01). No signi fi cant differences in wet gluten content, gluten index and dry gluten content were demonstrated between mixtures of native and oxidized starch with fl our at a ratio of 1:4. The peak viscosity, minimum viscosity and fi nal viscosity of fl our were signi fi cantly reduced with the addition of oxidized starch (P ＜ 0.01). The proportion of strongly bound water in fresh noodles with oxidized starch was decreased, and the proportion of weakly bound water was increased. During heating, the storage modulus and loss modulus of noodles with oxidized starch were lower than those of the control sample.

Key words：oxidized starch; physicochemical properties; noodle; water distribution; thermodynamic properties

张克, 陆启玉. 小麦氧化淀粉的理化性质及对生鲜面条品质的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(15): 26-30. DOI:10.7506/

ZHANG Ke, LU Qiyu. Physicochemical properties of oxidized wheat starch and its effect on the quality of fresh noodles[J]. Food Science, 2017, 38(15): 26-30. (in Chinese with English abstract)

作者简介：张克（1990—），男，硕士研究生，研究方向为食品工程与品质安全控制。E-mail：hellozhangke@163.com

*通信作者：陆启玉（1956—），男，教授，博士，研究方向为食品工程与品质安全控制。E-mail：qiyulu7120@163.com

小麦氧化淀粉的理化性质及对生鲜面条品质的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 结 论

3 结论